Valve - Elita Kabayeva
Assalammu'alaykum Warrahmatullah Wabarakaatuh. Selamat sore, berikut adalah page saya untuk Sisflu03.
Nama : Elita Kabayeva
NPM : 1906435486
Contents
PERTEMUAN I (12/11/2020)
Pada pertemuan I, pak Ahmad Indra menjelaskan mengenai pressure drop yang terjadi pada valve saat dialiri fluida. Perhitungan dan simulasi pressure drop ditunjukkan dengan menggunakan software CFDSOF.
Pada pertemuan I ini, kami diberi tugas untuk melakukan simulasi pressure drop yang terjadi pada gate Valve dengan menggunakan fluida udara. Adapun definisi dari valve sendiri adalah suatu equipment yang mengatur, mengarahkan, aliran dari suatu fluida dengan membuka, menutup, atau menutup sebagian akses jalur alirannya.
TUGAS PERTEMUAN I (SIMULASI)
Untuk tugas ini, saya melakukan simulasi pada gate valve dengan kondisi 100% open. Fluida yang digunakan pada gate valve ini berupa udara (seluruhnya kondisi standar sesuai dengan initial condition pada CFDSOF). Untuk kecepatan, saya menggunakan 1 m/s.
Kemudian, untuk melakukan refining, saya menggunakan 3x surface refinement pada skala maksimumnya.
Untuk kondisi CFD-Solve, saya menggunakan 3000 kali iterasi dan setelah di run solver, ditemukan konvergen pada 1488 kali iterasi.
Menggunakan software Paraview, saya melakukan perhitungan untuk pstatic, pdynamic, magU, dan ptotal untuk mendapatkan Pressure drop dari gate valve ini.
Definisi :
Pstatik = p * 1.225
magU = sqrt(U_X^2 + U_Y^2 + U_Z^2)
Pdynamic = 0.5 * 1.225 * magU
Ptotal = Pstatik + Pdynamic
Delta p = Pressure drop = Ptotal inlet - Ptotal outlet
Didapatkan Ptotal pada inlet adalah 0,00111573. Sedangkan pada outlet adalah 0,000318248. Sehingga pressure drop pada gate valve adalah 0,00079748.
PERTEMUAN II (19/11/2020)
Pada pertemuan kali ini, dalam kuliah Sistem Fluida, pak Ahmad Indra membuka sesi diskusi.Adapun hal-hal yang menjadi diskusi tercakup berikut;
Mengenai Sistem Fluida, definisinya adalah sistem fluida merupakan suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen yang bertujuan untuk mengalirkan fluida dari suatu tempat ke tempat lain.
Dalam sistem fluida terdapat banyak hal yang perlu di consider seperti pressure drop, spesifikasi pompa, debit, jenis pompa. Semisal kita menginginkan untuk mengalirkan fluida ke suatu tempat dimana untuk itu dibutuhkan tekanan yang cukup besar. Dengan konsiderasi tersebut, dapat dihitung komposisi pemasangan komponen, dan spesifikasi komponen (semisal pompa).
Jika dalam ilmu Sistem Fluida dibahas mengenai perpindahan fluida dalam sistem secara teoretis dan kalkulasi, maka fungsi dari CFDSOF adalah untuk melakukan simulasi secara dinamis atau dengan kata lain, kita dapat melihat aliran fluida secara real time. Hal ini diperlukan, karena biasanya secara teoretis, cenderung digunakan asumsi kondisi steady-state.
Ada 3 metode dalam menganalisa fluida :
1. Eksperimen : Melakukan metode secara langsung. Namun metode ini memerlukan banyak waktu dan biaya.
2. Teori : digunakan untuk memverifikasi data yang diambil. Semisal data eksperimen.
3. Numerik (gabungan antara eksperimen dan teoretis)
Ketiga metode ini saling melemgkapi. Sehingga tidak ada superioritas dalam penggunaan metode ini.
Tugas Pertemuan II Sistem Fluida
Tugas yang diberikan pada pertemuan II lalu adalah mengkaji dan mempelajari simulasi permodelan sistem fluida pada aplikasi OpenModelica, lebih spesifiknya adalah menggunakan fitur Examples di bagian Fluid Library.
Untuk kesempatan ini saya menggunakan example Controlled Tanks dari library OpenModelica. Modeling simulasi Controlled Tanks ini berfungsi untuk mendemonstrasikan sistem controller untuk proses filling ataupun emptying tanks. Dimana, prosedur dasarnya adalah :
1. Saat valve 1 membuka, tank 1 terisi.
2. Saat tank 1 penuh, valve 1 akan menutup.
3. Setelah 'waiting time', valve 2 akan membuka dan fluida mengalir dari tank 1 ke tank 2.
4. Saat tank 1 mencapai level minimumnya, valve 2 menutup.
5. Setelah waiting time, valve 3 membuka dan fluida mengalir dari tank 1 ke tank 2.
6. Setelah tank 2 mencapai level minimumnya, valve 3 akan menutup.
Berikut adalah gambar untuk modeling dari sistem Controlled Tanks.
dan untuk codingnya adalah sebagai berikut.
Kemudian, setelah melakukan verifikasi pada coding, saya mencoba untuk melakukan simulasi dan mendapatkan plotting dari hasil simulasi. Dibawah ini adalah plotting antara volume tank 1 dan volume tank 2.
Saya mencoba untuk melakukan Parametric Plot dengan volume Tank 2 sebagai axis-Y dan volume tank 1 sebagai axis-X, ditunjukkan pada gambar berikut.
Dari diagram-diagram tersebut terlihat bahwa selalu ada delay time antara maximum volume di tank 1 sebelum tank 2 mulai terisi dan volume di tank 1 mulai declining. Sesuai yang telah dijelaskan diawal, ini menunjukkan bahwa sistem controlled tank ini berfungsi sebagaimana mestinya dengan mengatur kapan flow in dan flow out dari fluida dari satu tank ke tank lain dengan menggunakan valve.
Untuk file case controlled tank system yang saya gunakan pada simulasi ini bisa diunduh pada link google drive berikut:
CONTROLLED TANK SYSTEM [OPENMODELICA FILE FORMAT]
PERTEMUAN III (26/11/2020)
Pada pertemuan hari ini, pak Dai didampingi oleh pak Hariyotejo membahas mengenai pemodelan sistem fluida dengan menggunakan software OpenModelica. Sebelum memulai sesi pemodelan, dibahas terlebih dahulu mengenai definisi dari 'Pemodelan Sistem Fluida' itu sendiri.
Pemodelan adalah sebuah usaha untuk mempelajari sebuah sistem aktual (sebenarnya) melalui sebuah sistem yang di simplifikasi. Sebuah model adalah sebuah sistem yang disederhanakan untuk merepresentasikan kondisi aktualnya.
Simplifikasi diperlukan untuk memudahkan sistem yang kompleks dan belum tentu linier. Serta, pemodelan dapat dilaksanakan dengan skala yang kecil serta biaya yang rendah.
Prinsip dari pemodelan adalah sebuah usaha membuat replika dari kondisi aktual, oleh sebab itu pemodelan tidak akan pernah sama dengan kondisi aktualnya. Tapi dapat diprediksi konsekuensi pada suatu sistem melalui pemodelan.
Pemodelan bisa dibagi menjadi beberapa hal :
1. Model Fisik ; pemodelan dalam skala kecil.
2. Model Komputasi ; memerlukan ilmu dasar untuk menunjang pemodelan.
Dalam pemodelan, menggunakan pendekatan hukum dasar fisika atau disebut law driven model. Ada juga pemodelan yang menggunakan artificial intelligence (AI) yang disebut data driven model, yang berasal dari data-data yang telah dikumpulkan sebelumnya.
Tugas Pertemuan III Sistem Fluida
Dalam PR yang diberikan oleh pak Hariyotejo, kami diminta untuk melakukan analisis pemodelan Sistem Fluida dengan menggunakan contoh Heating System dan Three Tanks modeling system dari Open Modelica Library.
Dari kedua sistem tersebut, berikut adalah poin-poin yang ditugaskan:
1. Deskripsi/uraian fisik berdasarkan bagan yang ada
2. Prosedur analisa pemodelan
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan dalam pemodelan
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
HEATING SYSTEM
1. Untuk pemodelan Heating System ini, dapat diuraikan bahwa terdapat sistem pemanas dari burner untuk mencapai temperatur yang diinginkan. Dimana, fluida di dorong oleh pompa dari tanki. Setelah pompa, terdapat flowmeter yang berfungsi untuk mengukur debit yang melewati sistem tersebut. Output Temperature dari heater diukur, kemundian fluida mengalir melalui pipa menuju Gate Valve. Gate Valve dalam sistem ini berfungsi untuk mengatur besarnya debit yang lewat menuju radiator.
Di radiator, fluida di dinginkan lalu dicek menggunakan sensor temperatur.
Pada pemodelan ini, medium yang digunakan adalah Compressioble Liquid Linear Water.
Tank pada model memiliki HeatPort dan 3 buah ports. Ports pada tank digunakan sebagai inlet dan outlet.
- Ketinggian Tank = height = 2 m.
- Luas = crossArea = 0.01 m^2.
- Tinggi awal air = level_start = 1 m.
- Terhubung ke pump 1 (port_b)
- Diameter ports = Diameter = 0.01 m.
- Jumlah ports yang digunakan = nPorts = 1
*Pompa, pump model memiliki 2 ports, yaitu inlet dan outlet .
- Port a start = 110000 Pa
- Port b start = 130000 Pa
- Port a nominal = 110000 Pa
- Port b nominal = 110000 Pa
- Mass flow rate start = 0.01 m^3/s
- Mass flow rate nomina = 0.01 m^3/s.
- Sensor m_flow, alat ukur mass flow rate yang terdiri dari input dan output Heater.
- Panjang Pipa = 2m.
- Diameter pipa = 0.01 m.
- Tekanan awal = 130000 Pa.
Burner
- Kalor = 1600 Watt
- Reference Temperature = 70
- Alpha = -0.5 1/K
Pipa
- Panjang pipa = length = 10 m
- Tekanan awal = 130000 Pa
Valve
- Pressure drop = 10000 Pa
- Mass flow rate = 0.01 kg/s
Radiator
- Panjang pipa = 10 m
- Diameter pipa = 0.01 m
- Tekanan awal = 110000 Pa
- Temperatur Awal = 50 C
Wall
- Thermal Conductance = 80 W/K.
2. Prosedur analisis pemodelan
Untuk melakukan analisis terhadap pemodelan heating system ini, berikut adalah langkah-langkah yang dapat diikuti :
- Membuka aplikasi OpenModelica
- Membuka file modeling yang terdapat pada OpenModelica Library --> (Modelica -> Fluid -> Example -> Heating System)
- Mengecek gambar pemodelan pada diagram view. Setelah sesuai, cek coding dengan menggunakan opsi 'Check Model'.
- Jika Check Model dinyatakan oke, lakukan simulasi dengan menggunakan opsi simulate (pada toolbar di OpenModelica, disimbolkan dengan anak panah berwarna hijau.
- Untuk melihat hasil simulasi, klik oppsi Plotting yang ada di pojok kanan bawah.
- Jika diperlukan untuk mensimulasikan pada interval waktu tertentu, maka bisa menggunakan opsi Simulation Setup dan mengubah stop time serta start time sesuai dengan interval waktu yang dibutuhkan.
- Disini parameter-parameter seperti dimensi tank, pipe, heater, pump, radiator, dan valve juga dapat diganti sesuai kebutuhan. Hanya saja, karena dalam kasus pemodelan yang dianalisis menggunakan Example dari Library OpenModelica, parametre-parameter tidak bisa diubah. Alternatifnya adalah, kita dapat mengganti parameter tersebut melalui Variable Browser setelah dilakukan simulasi, lalu setelah itu lakukan re-Simulate.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Pemodelan heating system dilakukan untuk mengetahui hasil dalam kasus memanaskan fluida di dalam tank dengan cara dipompa melalui heater, dimana heat source berasal dari burner. Fluida yang telah melewati burner akan mengalami kenaikan temperatur. Kontrol sederhana dipasangkan ke masing-masing komponen, sehingga sistem pemanas dapat diatur dengan valve. Pada pemodelan ini, pompa difungsikan untuk mengatur tekanan, dan burner difungsikan untuk mengatur temperatur.
Oleh karenanya, kita dapat mengetahui temperatur pada fluida dengan menggunakan pengaturan parameter pada sistem.
Pada kasus ini, saat dilakukan check model pada coding, model dinyatakan sudah OK.
Namun, pada saat dilakukan simulasi, dinyatakan model HeatSystem ini error.
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan pada pemodelan
Hukum yang dapat diterapkan pada pemodelan ini adalah :
1. Hukum Kekekalan Energi ada Pompa
2. Hukum mengenai Perpindahan panas dari heater dan radiator ke fluida.
Kekekalan energi pada pompa mengubah energi mekanik pada motor menjadi energi pada aliran fluida. Energi yang diterima oleh fluida akan digunakan untuk menaikkan tekanan dan mengatasi gesekan pada pipa dan fitting yang dilalui.
Hukum mengenai perpindahan panas digunakan untuk mengetahui temperatur pada fluida setelah mengalami perpindahan panas dari heater ke fluida, dan digunakan untuk menghitung seberapa besar panas yang terbuang ketika fluida melewati suatu radiator.
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
Karena simulasi mengelami error, maka hasil pada sistem ini tidak dapat disimpulkan.
THREE TANKS
1. Terdapat 3 tanki berisi air dimana masing-masing tangki memiliki tinggi 12. Pada tank1 mempunyai ketinggian awal air sebesar 8, sedangkan pada tank2 dan tank3 mempunyai ketinggian awal air sebesar 3. Setiap tangki terhubung satu sama lain menggunakan 3 buah pipa yang masing-masing menyambung pada port setiap tangki.
Berikut beberapa parameter yang diketahui :
•Medium yang digunakan berupa Air.
Tangki
Model Tangki mempunyai HeatPort dan 3 buah Ports. Dimana Ports dapat digunakan sebagai inlet dan outlet pada tangki.
1.Tank1
•Ketinggian Tangki = height = 12
•Luas = crossArea = 1
•Tinggi awal air = level_start = 8
•Terhubung ke pipe1(port_b)
•Diameter ports = diameter = 0.1
•Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1
2.Tank2
•Ketinggian Tangki = height = 12
•Luas = crossArea = 1
•Tinggi awal air = level_start = 3
•Terhubung ke pipe2(port_b)
•Diameter ports = diameter = 0.1
•Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1
3.Tank3
•Ketinggian Tangki = height = 12
•Luas = crossArea = 1
•Tinggi awal air = level_start = 3
•Terhubung ke pipe3(port_b)
•Diameter ports = diameter = 0.1
•Jumlah Ports yang digunakan = nPorts = 1
Pipa
Pipa memiliki inlet dan outlet, pada model pipa terdapat data port_a dan port_b dimana bisa menjadi inlet atau outlet tergantung bagaimana kita memposisikannya.
1.Pipe1
•Panjang pipa = length = 2
•ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2
•Diameter pipa = diameter = 0.1
•port_b sebagai inlet yang tersambung ke ports tank1, port_a sebagai outlet yang tersambung ke pipe2
2.Pipe2
•Panjang pipa = length = 2
•ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = 2
•Diameter pipa = diameter = 0.1
•port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe1 dan pipe3, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank2
3.Pipe3
•Panjang pipaa = length 2
•ketinggian port_b – ketinggian port_a = height_ab = -1
•Diameter pipa = diameter = 0.1
•port_a sebagai inlet yang tersambung ke pipe2, port_b sebagai outlet yang tersambung ke tank3
2. Prosedur analisis pemodelan
1.Membuat Class dengan specialization Model, beri nama Class tanpa spasi.
2.Membuat permodelan dengan memasukan model OpenTank (Modelica > Fluid > Vessels > Open Tank), StaticPipe (Modelica > Fluid > Pipes > StaticPipe), dan System (Modelica > Fluid > System). Serta beri keterangan nama.
3.Sambungkan permodelan yang telah dimasukan sesuai dengan deskripsi uraian diatas (uraian kondisi pipa).
4.Menentukan parameter-parameter pada setiap model seperti uraian diatas. Parameter dapat dimasukan melalui model dengan men-double klik model atau menambahkan pada coding. Penambahan parameter pada coding dapat dilakukan didalam buka tutup kurung setelah nama model.
5.Sebelum melakukan simulasi check terlebih dahulu dengan menekan tombol ceklis hijau, cek Kembali parameter dan coding yang salah apabila pengecekan terjadi error.
6.Simulasikan terhadap fungsi waktu hingga menemukan kesimpulan dari kasus yang tersebut.
3. Analisa dan Interpretasi Hasil Pemodelan
Ketinggian paling tinggi terdapat pada tank1 dimana ketinggian awal air sebesar 8. Karena sifat fluida yang selalu mengisi ruang, air pada tank1 akan mengalir ke tank2 dan ke tank3. Ketinggian air pada tank2 akan menurun juga karena mengisi tank3, namun akan naik Kembali terisi air dari tank1 sampai terjadi kesetimbangan volume pada sistem tersebut.
4. Catatan konsep utama hukum fisika yang diimplementasikan pada pemodelan
Hukum yang dapat diterapkan pada pemodelan ini adalah :
Hukum Bernoulli.
5. Berikan hasil-hasil simulasi parameter untuk mendukung kesimpulan yang diperoleh
- Pemodelan
- Coding
- Hasil
Keterangan : garis hijau tank1, garis biru tank2, garis merah tank3
Bisa dilihat bahwa pada detik ke 138.5 terjadi kesetimbangan diantara ke tiga tangki ditandai dengan volume yang tidak bertambah pada kenaikan waktu.
